Teoria informației - informația ca noțiune fizică

3. Informatia ca notiune fizica

(traducere si adaptare dupa Jérôme Segal, Le Zéro et le Un. Histoire de la notion scientifique d'information au 20° siècle, Paris, Éditions Syllepse, 2003)

Catre definitii cantitative ale informatiei

Între 1922 si 1935, fixând datele inevitabil un pic arbitrar, oamenii de stiinta si inginerii introduc în propriile lor domenii de cercetare notiunea de informatie. La început, este vorba mai degraba de reînsusirea unui cuvânt din limbajul curent ca „inteligenta” la inginerul de telecomunicatii Harry Nyquist în 1924, ori direct a cuvântului „informatie” la Gilbert Newton Lewis în 1930 sau la Ronald Aylmer Fisher începând cu anul 1922.

Acesti trei oameni de stiinta vin din trei medii foarte diferite. Primul e un inginer american de telecomunicatii, de origine suedeza, al doilea este un fizician nascut în Statele Unite, iar ultimul e unul dintre reprezentantii Scolii statistice britanice, devotat cauzei eugeniste. Fisher este probabil cel care a cautat pentru prima data un fundament pentru folosirea notiunii de „informatie”, plasând-o în cadrul teoriei sale a estimarii statistice, fondata pe notiunea de verosimilitudine (plauzabilitate). Ulterior, definirea notiunii de „informatie” ca si concept stiintific devine o chestiune centrala, iar publicarea teoriilor lui Dennis Gabor sau Claude Shannon, în anii '40, constitue o etapa importanta. În aceste doua teorii, „notiunea” e prezentata sub un plus de mare rigoare, cu ajutorul unei teorii matematice, dar mai ales a unei abstractizari foarte înalte care face din referinta la un sistem fizic concret doar un accesoriu.

Pentru ca oamenii de stiinta care participa la aceasta conceptualizare apartin unor trei discipline distincte, le vom prezenta lucrarile în cadrul problematicii la care fiecare se raporteaza, ceea ce nu înseamna în nici un caz ca nu exista raporturi directe între cele trei discipline, care sunt fizica (de la teoria cinetica a gazului la mecanica cuantica), statistica aplicata la genetica (si în particular la genetica populatiilor) si telecomunicatiile. În plus, vom mai evoca de-a lungul expunerii noastre atât conceptia bayesiana a probabilitatilor din fizica, cât si locul legii termodinamicii în scrierile statisticianului R. A. Fisher. Prezentarea acestor lucrari în ansamblul celor realizate în epoca respectiva în domeniile amintite permite contextualizarea mai buna a teoriilor stiintifice care, la o prima vedere, pot aparea în afara istoriei.

Problema care se pune atunci este de a sti daca nu exista comunicare indirecta între aceste trei discipline stiintifice marcate, de exemplu, în grade diferite, de un nou avânt al calcului probabilitatilor si înscrise într-un context cultural mai larg. De aceeasi maniera în care istoricul Thomas Kuhn a analizat descoperirea simultana a legii conservarii energiei, între 1842 si 1847, de catre patru oameni de stiinta care nu comunicau între ei, vom arata cum, în trei câmpuri stiintifice distincte, s-a ajuns la o definitie stiintifica a notiunii de informatie.

Împartirea pe trei domenii de cercetare se opune, de exemplu, la ceea ce propune istoricul stiintelor W. Aspray într-un articol despre „conceptualizarea stiintifica a informatiei: o ancheta”. El distinge cinci domenii diferite: termodinamica, stiinta comenzii si a comunicarii/comunicatiei ca noua ramura a ingineriei electrice, fiziologia sistemului nervos, dezvoltarea behaviorismului ce a condus la considerarea creierului drept un organ de tratare a informatiei si, în sfârsit, studiul functiilor recursive în logica matematica.

Indiferent de viziunea adoptata, pentru a fi punctuali, trebuie demonstrat ca teoria informatiei, care cunoscuse începând cu sfârsitul anilor '40 o formidabila expansiune în domenii extrem de diferite ale cunoasterii, se sprijina pe o conceptualizare ce începe din anii '20 în domenii clar diferentiate. Vom arata astfel cum, chiar daca Shannon pare a se prezenta în descendenta directa a lucrarilor realizate în domeniul telecomunicatiilor, teoria sa matematica a comunicatiei este de asemenea influentata de catre publicatiile anilor '20 din fizica si din statistica. E suficient a ne gândi aici la analogia dintre informatie si entropie sau la considerarea mesajului ca o variabila aleatorie (tema posibil foarte importanta înca pentru Wienner).

Aceasta prima conceptualizare a notiunii de informatie exclude în întregime dimensiunea semantica a informatiei si, mai cu seama, contribuie la apropieri inedite între domenii a priori îndepartate. De aceea, amintita diviziune în trei parti  fizica, statistica si telecomunicatii  urmareste în mod clar sa puna în valoare partea novatoare a acestor apropieri. Vom vedea, de asemenea, ca unul dintre obiectivele axiomatizarii teoriei informatiei, si cu atât mai mult ale ciberneticii, îl constituie abolirea separarii celor trei domenii.

Notiunea de informatie dupa teoria cintetica a gazelor: Lewis, Szilárd si Smoluchowski

„Un surplus de entropie înseamna întotdeauna o pierdere de informatie si nimic mai mult”. Iata ce putem citi în numarul din 6 iunie 1930 a revistei Science. Autorul, Gilbert N. Lewis (1875-1946) îsi consacra articolul „simetriei timpului în fizica” si întelege sa demonstreze ca ipoteza ireversibilitatii nu este necesara în fizica (nici chiar în chimie), ipoteza unei cauzalitati temporare fiind dupa el consecinta unei regretabile confuzii între sensul curent al cuvântului „timp” si cel stiintific. Notam deja aici ca vom regasi aceasta problematica a utilizarii de catre oamenii de stiinta a unui cuvânt din limbajul obisnuit, bineînteles împreuna cu cuvântul „informatie”, în discutiile despre legitimitatea teoriei informatiei. Pentru folosirea cuvântului de catre Lewis, de care ne ocupam aici, daca ne referim la cea de-a 11-a editie a Enciclopediei Britanice (1910-1914), cuvântul „informatie” înseamna deja „comunicare a cunoasterii” (cu un al doilea sens juridic). Dar sa vedem în ce context a fost posibila introducerea acestui cuvânt în fizica.

Pentru a arata ca reversibilitatea timpului poate fi presupusa, Lewis alegea patru discipline: mecanica, termodinamica, teoria radiatiei si electromagnetismul. În mecanica, limitându-se la teoriile newtoniene, i-a fost suficienta doar o coloana de text din articol pentru a-si convinge cititorul, la fel ca si în cazul teoriei radiatiei unde se foloseste de teoria cuantica a luminii a lui Einstein pentru a-si atinge scopul. Pentru el, nici cazul teoriei electromagnetice nu constituie o sursa de mari dificultati întrucât el ne recomanda utilizarea teoriei potentialului asteptat si ne aminteste ca tratamentul matematic al ecuatiilor lui Maxwell ofera întotdeauna doua solutii simetrice, fizicienii arogându-si dreptul  tot dupa el  de a elimina de fiecare data solutia care intra în conflict cu „conceptia lor comuna a cauzalitatii”.